DE102007062732B4

DE102007062732B4 - Method for operating a rotation rate sensor

Info

Publication number: DE102007062732B4
Application number: DE102007062732.9A
Authority: DE
Inventors: Joerg Hauer; Marko Rocznik
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2016-08-25
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: DE102007062732A1

Abstract

Verfahren, zum Betrieb eines Drehratensensors (1) mit einem eine Haupterstreckungsebene (100) aufweisendem Substrat (2) und einem ersten Coriolis-Element (3), wobei das erste Coriolis-Element (3) mittels erster Anregungsmittel (4) zu einer ersten Schwingung (5) parallel zu einer ersten Achse (X) anregbar ist und wobei eine erste Auslenkung des ersten Coriolis-Elements (3) aufgrund einer Corioliskraft in einer im Wesentlichen zur ersten Achse (X) senkrechten zweiten Achse (Z) mittels erster Detektionsmittel (6) nachweisbar vorgesehen ist, wobei der Drehratensensor (1) wenigstens eine Kompensationselektrode (7) aufweist, welche zur zumindest teilweisen Kompensation einer auf das erste Coriolis-Element (3) zur ersten Auslenkung parallel wirkenden Levitationskraft vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Coriolis-Element (3) mittels des ersten und/oder eines zweiten Anregungsmittels (4, 4') derart zur ersten Schwingung (5) angeregt wird, dass eine erste Frequenz (802) einer ersten Levitationsschwingung des ersten Coriolis-Elements (3) parallel zur zweiten Achse (Z) im Wesentlichen doppelt so groß wie eine zweite Frequenz (801) der ersten Schwingung (5) ist.A method for operating a rotation rate sensor (1) having a main extension plane (100) exhibiting substrate (2) and a first Coriolis element (3), wherein the first Coriolis element (3) by means of first excitation means (4) to a first oscillation (5) is excitable parallel to a first axis (X) and wherein a first deflection of the first Coriolis element (3) by means of a first Coriolis force in a substantially perpendicular to the first axis (X) second axis (Z) by means of first detection means (6 ), wherein the rotation rate sensor (1) has at least one compensation electrode (7) which is provided for at least partial compensation of a levitation force acting in parallel on the first Coriolis element (3) for the first deflection, characterized in that the first Coriolis Element (3) is excited to the first oscillation (5) by means of the first and / or second excitation means (4, 4 ') such that a first frequency (802) of an e First levitation vibration of the first Coriolis element (3) parallel to the second axis (Z) is substantially twice as large as a second frequency (801) of the first vibration (5).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating a rotation rate sensor according to the preamble of claim 1.

Solche Drehratensensoren sind allgemein bekannt. Beispielsweise sind aus den Druckschriften DE 101 08 196 A1 , DE 101 08 197 A1 und DE 102 37 410 A1 Drehratensensoren mit Coriolis-Elementen bekannt, wobei insbesondere ein erstes und ein zweites Coriolis-Element über eine Feder miteinander verbunden sind und zu Schwingungen parallel zu einer ersten Achse (X) angeregt werden, wobei ein erstes und ein zweites Detektionsmittel eine Auslenkung des ersten und zweites Coriolis-Elements aufgrund einer auf die Coriolis-Elemente wirkenden Corioliskraft senkrecht zur dritten Achse (Y) detektieren, so dass die Differenz aus einem ersten Detektionssignal des ersten Detektionsmittels und einem zweiten Detektionssignal des zweiten Detektionsmittels abhängig von der Corioliskraft und somit auch abhängig von der Drehrate des Drehratensensors ist, wobei die Drehachse parallel zur Flächennormalen einer Haupterstreckungsebene des Drehratensensors ist. Allgemein bekannt ist es ebenfalls derartige Drehratensensoren zur Detektion von Drehraten mit einer Drehachse in der Haupterstreckungsebene des Drehratensensors, beispielsweise parallel zur dritten Achse (Y), zu verwenden, wobei die erste und die zweite Schwingung parallel zu einer ersten Achse (X) und antiparallel zueinander schwingen und wobei die Auslenkungen des ersten und des zweiten Coriolis-Elements parallel zu einer Flächennormalen der Haupterstreckungsebene erfolgen.Such rotation rate sensors are well known. For example, from the publications DE 101 08 196 A1 . DE 101 08 197 A1 and DE 102 37 410 A1 Rotary rate sensors with Coriolis elements known, in particular, a first and a second Coriolis element are connected to each other via a spring and are excited to oscillate parallel to a first axis (X), wherein a first and a second detection means, a deflection of the first and second Coriolis element due to a force acting on the Coriolis elements Coriolis force perpendicular to the third axis (Y) detect, so that the difference between a first detection signal of the first detection means and a second detection signal of the second detection means depending on the Coriolis force and thus also dependent on the rotation rate is the rotation rate sensor, wherein the rotation axis is parallel to the surface normal of a main extension plane of the rotation rate sensor. It is also generally known to use such yaw rate sensors for detecting yaw rates with an axis of rotation in the main extension plane of the yaw rate sensor, for example parallel to the third axis (Y), the first and second oscillations being parallel to a first axis (X) and anti-parallel to each other swing and wherein the deflections of the first and the second Coriolis element take place parallel to a surface normal to the main extension plane.

Die Druckschrift WO 99/12002 A2 offenbart einen Drehratensensor mit einem eine Haupterstreckungsebene aufweisendem Substrat und einem ersten Coriolis-Element, wobei das erste Coriolis-Element mittels erster Anregungsmittel zu einer ersten Schwingung parallel zu einer ersten Achse X anregbar ist und wobei eine erste Auslenkung des ersten Coriolis-Elements aufgrund einer Corioliskraft in einer im Wesentlichen zur ersten Achse X senkrechten zweiten Achse Z mittels erster Detektionsmittel nachweisbar vorgesehen ist, wobei der Drehratensensor wenigstens eine Kompensationselektrode aufweist, welche zur zumindest teilweisen Kompensation einer auf das erste Coriolis-Element zur ersten Auslenkung parallel wirkenden Levitationskraft vorgesehen ist.The publication WO 99/12002 A2 discloses a yaw rate sensor having a main extension plane substrate and a first Coriolis element, wherein the first Coriolis element is excitable by means of first excitation means to a first vibration parallel to a first axis X and wherein a first deflection of the first Coriolis element due to a Coriolis force is provided detectable in a substantially perpendicular to the first axis X second axis Z by first detection means, wherein the rotation rate sensor has at least one compensation electrode which is provided for at least partial compensation of a parallel to the first Coriolis element for the first deflection levitation force.

Die Druckschrift US 5892153 A offenbart einen Drehratensensor, bei dem zwei Coriolis-Elemente über Koppelelemente miteinander verbunden sind.The publication US 5892153 A discloses a rotation rate sensor in which two Coriolis elements are interconnected via coupling elements.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass aufgrund einer Unterdrückung einer Levitationsbewegung des ersten und/oder des zweiten Coriolis-Elements im Drehratensensor selbst in einfacher Weise eine erheblich genauere Bestimmung der Drehrate ermöglicht wird, ohne dass vergleichsweise aufwändige nachgeschaltete Korrekturverfahren benötigt werden. Somit ist eine deutlich kostengünstigere Realisation eines präzise messenden Drehratensensors möglich. Bei der Erzeugung der ersten Schwingung erfährt das erste Coriolis-Element durch das erste Anregungsmittel eine taktweise Antriebskraft parallel zur ersten Achse. Zusätzlich wirkt auf das erste Coriolis-Element jedoch auch eine taktweise Antriebskraftkomponente parallel zur zweiten Achse, welche im Folgenden als Levitationskraft bezeichnet wird und der Corioliskraft überlagert ist. Das Signal des ersten Detektionsmittels würde somit einen Levitationsfehler aufweisen. Zur Kompensation der Levitationskraft weist der erfindungsgemäße Drehratensensor eine Kompensationselektrode auf, welche eine Kompensationskraft auf das erste Coriolis-Element erzeugt, wobei die Kompensationskraft insbesondere in Phase mit der Levitationskraft liegt. Der Levitationsfehler ist somit in vergleichsweise einfacher und kostengünstig realisierbarer Weise unterdrückt. Bevorzugt umfasst die Kompensationskraft eine elektrostatische Kraftwirkung zwischen dem ersten Coriolis-Element und der Kompensationselektrode. Die Erzeugung der Kompensationskraft ist sowohl permanent, als auch zeitlich getaktet, insbesondere in Phase mit der Levitationskraft, vorgesehen. Besonders bevorzugt ist der Drehratensensor zum Nachweis von Drehraten parallel zur ersten Achse, parallel zur zweiten Achse und/oder parallel zu einer zur ersten und/oder zweiten Achse senkrechten dritten Achse vorgesehen.The inventive method for operating a rotation rate sensor has the advantage over the prior art that due to a suppression of a levitation movement of the first and / or the second Coriolis element in the rotation rate sensor itself in a simple manner a much more accurate determination of the rotation rate is possible without comparatively elaborate downstream correction procedures are required. Thus, a much cheaper realization of a precise measuring yaw rate sensor is possible. In the generation of the first oscillation, the first Coriolis element experiences a cyclic driving force parallel to the first axis by the first excitation means. In addition, however, acts on the first Coriolis element also a cyclic driving force component parallel to the second axis, which is hereinafter referred to as levitation force and the Coriolis force is superimposed. The signal of the first detection means would thus have a levitation error. To compensate for the levitation force, the rotation rate sensor according to the invention has a compensation electrode which generates a compensation force on the first Coriolis element, wherein the compensation force is in particular in phase with the levitation force. The levitation error is thus suppressed in a comparatively simple and cost-effective manner. Preferably, the compensation force comprises an electrostatic force action between the first Coriolis element and the compensation electrode. The generation of the compensation force is provided both permanently and clocked in time, in particular in phase with the levitation force. The yaw rate sensor is particularly preferably provided for detecting yaw rates parallel to the first axis, parallel to the second axis and / or parallel to a third axis perpendicular to the first and / or second axis.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous embodiments and modifications of the invention are the dependent claims, as well as the description with reference to the drawings.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die ersten Detektionsmittel und/oder die ersten Anregungsmittel die wenigstens eine Kompensationselektrode aufweisen und/oder mit der wenigstens einen Kompensationselektrode elektrisch leitfähig verbunden sind. In besonders vorteilhafter Weise ist eine Realisation der Kompensationselektrode durch die entsprechende Beschaltung von einer einzigen oder eine Vielzahl von ersten Anregungselektroden des ersten Anregungsmittels und/oder von ersten Detektionselektrode der ersten Detektionsmitteln vorgesehen, so dass keine zusätzlichen Strukturen zur Bildung der Kompensationselektrode erzeugt werden müssen. Vorzugsweise ist die Kompensationselektrode derart ausgebildet, dass die Levitationskraft durch die Kompensationskraft gerade kompensiert wird, wenn die Kompensationselektrode elektrisch leitfähig an die ersten Anregungselektroden angeschlossen ist. Die Kompensationselektrode befindet sich somit automatisch in Phase mit den ersten Anregungsmitteln.According to a preferred embodiment, it is provided that the first detection means and / or the first excitation means have the at least one compensation electrode and / or are electrically conductively connected to the at least one compensation electrode. In a particularly advantageous manner, a realization of the compensation electrode is provided by the corresponding wiring of a single or a plurality of first excitation electrodes of the first excitation means and / or first detection electrode of the first detection means, so that no additional structures for forming the compensation electrode must be generated. Preferably, the Compensation electrode formed such that the levitation force is compensated by the compensation force just when the compensation electrode is electrically conductively connected to the first excitation electrodes. The compensation electrode is thus automatically in phase with the first excitation means.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Projektion des ersten Coriolis-Elements parallel zur zweiten Achse die Kompensationselektrode und/oder das erste Detektionsmittel zumindest teilweise überdeckt. Die Kompensationselektrode ist somit zumindest teilweise ”unter” dem ersten Coriolis-Element angeordnet, so dass in besonders einfacher Weise eine elektrostatische Kraftwirkung zwischen dem ersten Coriolis-Element und der Kompensationselektrode erzielt wird, welche antiparallel zur Levitationskraft und wirkt und die Levitationskraft daher kompensiert. Vorzugsweise sind die Ausbildung der Kompensationselektrode und/oder die Überdeckung der Kompensationselektrode derart vorgesehen, dass die Kompensationskraft der Levitationskraft im Wesentlichen dem Betrag nach gleich ist und daher der Levitationsfehler vergleichsweise stark unterdrückt ist.According to a further preferred development, it is provided that the projection of the first Coriolis element parallel to the second axis at least partially covers the compensation electrode and / or the first detection means. The compensation electrode is thus at least partially arranged "below" the first Coriolis element, so that in a particularly simple manner, an electrostatic force action between the first Coriolis element and the compensation electrode is achieved, which is anti-parallel to the levitation and acts and therefore compensates the Levitationskraft. Preferably, the formation of the compensation electrode and / or the coverage of the compensation electrode are provided such that the compensation force of the levitation force is substantially equal in magnitude and therefore the levitation error is relatively suppressed.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Achse parallel zur Haupterstreckungsebene und/oder die zweite Achse senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufend vorgesehen ist, so dass vorteilhafterweise eine Drehrate um eine im Wesentlichen zur ersten und zur zweiten Achse senkrechten dritten Achse, welche somit auch in der Haupterstreckungsebene liegt, detektierbar ist. Die Drehrate um die dritte Achse erzeugt eine Corioliskraftwirkung auf das erste Coriolis-Element parallel zur zweiten Achse und somit die erste Auslenkung parallel zur zweiten Achse, welche mittels der ersten Detektionsmittel gemessen wird.According to a further preferred development, it is provided that the first axis is provided parallel to the main extension plane and / or the second axis perpendicular to the main extension plane, so that advantageously a rate of rotation about a third axis substantially perpendicular to the first and second axis, which thus also in the main plane of extension is detectable. The rotation rate about the third axis generates a Coriolis force effect on the first Coriolis element parallel to the second axis and thus the first displacement parallel to the second axis, which is measured by means of the first detection means.

Vorteilhaft ist ein Drehratensensor mit einem eine Haupterstreckungsebene aufweisendem Substrat und einem ersten Coriolis-Element, wobei das erste Coriolis-Element mittels eines ersten Anregungsmittels zu einer ersten Schwingung parallel zu einer ersten Achse anregbar vorgesehen ist, wobei eine erste Auslenkung des ersten Coriolis-Elements aufgrund einer Corioliskraft in einer im Wesentlichen zur ersten Achse senkrechten zweiten Achse mittels erster Detektionsmittel nachweisbar vorgesehen ist und wobei das erste Anregungsmittel auf einer ersten Seite des Coriolis-Elements angeordnet ist und wobei ferner das erste Coriolis-Element mittels eines zweiten Anregungsmittels zur ersten Schwingung anregbar vorgesehen ist, wobei das zweite Anregungsmittel an einer der ersten Seite in Richtung der ersten Achse gegenüberliegenden zweiten Seite des ersten Coriolis-Elements angeordnet ist. Besonders vorteilhaft wird durch diese Anordnung des ersten und zweiten Anregungsmittels an den gegenüberliegenden Seiten des ersten Coriolis-Elements der Levitationsfehler in erheblicher Weise reduziert. Die Coriolis-Kraft auf das erste Coriolis-Element ist abhängig von der Geschwindigkeit des ersten Coriolis-Elements parallel zur ersten Richtung. Beim sogenannten Nulldurchgang der ersten Schwingung, d. h. an dem Punkt der geringsten Auslenkung, ist die Geschwindigkeit des Coriolis-Elements am größten. Dadurch ergibt sich für jeden Takt der ersten Schwingung ein maximales Detektionssignal des ersten Detektionsmittels zur Bestimmung der Drehrate. Dadurch dass erfindungsgemäß in jedem Takt sowohl einmal das erste Anregungsmittel, als auch einmal das zweite Anregungsmittel das erste Coriolis-Element zur ersten Schwingung anregen, tritt die von den Anregungsmitteln erzeugte Levitationskraft auf das erste Coriolis-Element zweimal in jedem Takt auf, wobei Takt im Sinne der Erfindung synonym zur Schwingungsdauer des ersten Coriolis-Elements ist. Somit ist die Anregungsfrequenz und damit auch die erste Frequenz der auftretenden Levitationskräfte im Wesentlichen doppelt so groß wie die zweite Frequenz der ersten Schwingung und damit auch der auftretenden Corioliskraftfrequenz. Vorzugsweise ist der Drehratensensor derart ausgebildet, dass die Resonanzfrequenz des ersten Coriolis-Elements im Bereich der zweiten Frequenz der ersten Schwingung liegt. Somit ist die erste Frequenz gegenüber der zweiten Frequenz stark unterdrückt. Der Levitationsfehler des ersten Detektionssignals ist daher vergleichsweise gering. Besonders bevorzugt wird das erste Detektionssignal mit der zweiten Frequenz demoduliert, so dass die erste Frequenz weit außerhalb des Demodulationsbandes liegt und somit der Levitationsfehler in zusätzlicher Weise weiter reduziert wird.Advantageously, a rotation rate sensor having a main extension plane exhibiting substrate and a first Coriolis element, wherein the first Coriolis element is provided excitable by means of a first excitation means to a first oscillation parallel to a first axis, wherein a first deflection of the first Coriolis element due a Coriolis force is detectably provided in a substantially perpendicular to the first axis second axis by means of first detection means and wherein the first excitation means is disposed on a first side of the Coriolis element and further wherein the first Coriolis element provided by means of a second excitation means excitable to the first oscillation is, wherein the second excitation means is arranged on one of the first side in the direction of the first axis opposite the second side of the first Coriolis element. Particularly advantageously, this arrangement of the first and second excitation means on the opposite sides of the first Coriolis element significantly reduces the levitation error. The Coriolis force on the first Coriolis element is dependent on the velocity of the first Coriolis element parallel to the first direction. At the so-called zero crossing of the first oscillation, d. H. at the point of least deflection, the speed of the Coriolis element is greatest. This results in a maximum detection signal of the first detection means for determining the rotation rate for each cycle of the first oscillation. Since, according to the invention, in each cycle both the first excitation means and the second excitation means excite the first Coriolis element for the first oscillation, the levitation force generated by the excitation means occurs on the first Coriolis element twice in each cycle, clock in Meaning of the invention is synonymous with the period of oscillation of the first Coriolis element. Thus, the excitation frequency and thus the first frequency of the levitation forces occurring is substantially twice as large as the second frequency of the first oscillation and thus also the occurring Coriolis force frequency. Preferably, the rotation rate sensor is designed such that the resonance frequency of the first Coriolis element is in the range of the second frequency of the first oscillation. Thus, the first frequency is strongly suppressed from the second frequency. The levitation error of the first detection signal is therefore comparatively small. Particularly preferably, the first detection signal is demodulated with the second frequency, so that the first frequency is far outside the demodulation band and thus the levitation error is additionally reduced further.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drehratensensor ein zweites Coriolis-Element aufweist, wobei insbesondere das zweite Coriolis-Element parallel zur Haupterstreckungsebene neben dem ersten Coriolis-Element angeordnet ist, wobei ein drittes und ein viertes Anregungsmittel das zweite Coriolis-Element zu einer zweiten Schwingung anregen, wobei die erste und die zweite Schwingung parallel zur ersten Achse und zueinander antiparallel vorgesehen sind, wobei zweite Detektionsmittel zum Nachweis einer zweiten Auslenkung des zweiten Coriolis-Elements aufgrund einer Corioliskraft parallel zur zweiten Achse vorgesehen sind und wobei das dritte Anregungsmittel auf einer dritten Seite des zweiten Coriolis-Elements und das vierte Anregungsmittel an einer der dritten Seite in Richtung der ersten Achse gegenüberliegenden vierten Seite des zweiten Coriolis-Elements angeordnet ist. Durch die Verwendung von zwei Coriolis-Elementen wird insbesondere die Bildung eines Differenzsignals aus dem ersten Detektionssignal des ersten Detektionsmittels und dem zweiten Detektionssignals des zweiten Detektionsmittels ermöglicht, welches im Wesentlichem abhängig von einer Drehrate des Drehratensensors mit einer Drehachse parallel einer zur ersten Achse senkrechten dritten Achse in der Haupterstreckungsebene ist. Diese differenzielle Auswertung des ersten und des zweiten Detektionssignals ermöglicht eine deutliche Unterdrückung des Levitationsfehler, da der Levitationsfehler durch die erfindungsgemäße Anordnung der ersten, zweiten, dritten und vierten Anregungsmittel in jedem Takt im Wesentlichen gleich groß ist und sich somit bei der Differenzbildung aus dem ersten und zweitem Detektionssignals aufhebt.According to another preferred embodiment, it is provided that the rotation rate sensor has a second Coriolis element, wherein in particular the second Coriolis element is arranged parallel to the main extension plane next to the first Coriolis element, wherein a third and a fourth excitation means to the second Coriolis element excite a second vibration, wherein the first and the second vibration are provided parallel to the first axis and antiparallel to each other, wherein second detection means for detecting a second deflection of the second Coriolis element due to a Coriolis force are provided parallel to the second axis and wherein the third excitation means a third side of the second Coriolis element and the fourth excitation means is arranged on a fourth side of the second Coriolis element opposite the third axis in the direction of the first axis. The use of two Coriolis elements in particular the formation of a difference signal from the first detection signal of the first detection means and the second Detection signal of the second detection means allows, which is essentially dependent on a rate of rotation of the rotation rate sensor with a rotation axis parallel to a first axis perpendicular to the third axis in the main plane of extension. This differential evaluation of the first and the second detection signal allows a significant suppression of Levitationsfehler, since the levitation error by the inventive arrangement of the first, second, third and fourth excitation means in each clock is substantially the same size and thus in the difference formation from the first and second picks up second detection signal.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste, zweite, dritte und/oder vierte Anregungsmittel parallel zu einer dritten Achse in weitere erste, weitere zweite, weitere dritte und/oder weitere vierte Anregungsmittel unterteilt ist, wobei die dritte Achse bevorzugt senkrecht zur ersten Achse und/oder senkrecht zur zweiten Achse verlaufend vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft ist somit eine symmetrische Anordnung der Anregungsmittel auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Coriolis-Elements in einfacher Weise realisierbar, wobei zwischen den jeweils weiteren Anregungsmitteln eine Anordnung von zusätzlichen Elementen, wie beispielsweise Befestigungselementen und/oder Koppelelementen, ermöglicht wird.According to a preferred embodiment, it is provided that the first, second, third and / or fourth excitation means is subdivided parallel to a third axis into further first, further second, further third and / or further fourth excitation means, wherein the third axis is preferably perpendicular to the first Axle and / or extending perpendicular to the second axis is provided. Thus, a symmetrical arrangement of the excitation means on the respective opposite sides of the respective Coriolis element can be realized in a simple manner, whereby an arrangement of additional elements, such as fastening elements and / or coupling elements, is made possible between the respective further excitation means.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im Bereich des ersten, zweiten, dritten, vierten, weiteren ersten, weiteren zweiten, weiteren dritten und/oder weiteren vierten Anregungsmittel erste, zweite, dritte, vierte, weitere erste, weitere zweite, weitere dritte und/oder weitere vierte Detektionselemente angeordnet sind, welche jeweils die erste Schwingung und/oder die zweite Schwingung detektieren. Die Corioliskraft auf das erste und/oder zweite Coriolis-Element ist Abhängig von der Geschwindigkeit des ersten und/oder zweiten Corioliselement während der ersten und/oder zweiten Schwingung. Zur Auswertung des ersten Detektionssignals, des zweiten Detektionssignals und/oder des Differenzsignals ist es somit besonders vorteilhaft weitere Detektionselemente zur Detektion der Geschwindigkeit des ersten und/oder des zweiten Coriolis-Elements vorzusehen.According to a preferred development, it is provided that in the region of the first, second, third, fourth, further first, further second, further third and / or further fourth excitation means first, second, third, fourth, further first, further second, further third and / or further fourth detection elements are arranged, which respectively detect the first vibration and / or the second vibration. The Coriolis force on the first and / or second Coriolis element is dependent on the speed of the first and / or second Coriolis element during the first and / or second oscillation. To evaluate the first detection signal, the second detection signal and / or the difference signal, it is thus particularly advantageous to provide further detection elements for detecting the speed of the first and / or the second Coriolis element.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das die ersten, zweiten, dritten, vierten, weiteren ersten, weiteren zweiten, weiteren dritten und/oder weiteren vierten Anregungsmittel und/oder ersten, zweiten, dritten, vierten, weiteren ersten, weiteren zweiten, weiteren dritten und/oder weiteren vierten Detektionselemente jeweils Kammelektroden umfassen. Besonders vorteilhaft sind die jeweiligen weiteren Anregungsmittel mit den entsprechenden jeweiligen weiteren Detektionselemente jeweils als gemeinsame Kammstruktur ausgebildet, wobei durch eine entsprechende Verschaltung erste Kammelektroden der gemeinsamen Kammstruktur als Anregungselektroden und zweite Kammelektroden der gemeinsamen Kammstruktur als Detektionselementelektroden ausgeführt sind. Das erste und/oder zweite Coriolis-Element weist vorzugsweise weitere Kammelektroden auf, welche in die Kammstruktur eingreifen und bezüglich der Anregungselektroden und/oder der Detektionselementelektrode als Gegenelektroden fungieren.According to a preferred development, it is provided that the first, second, third, fourth, further first, further second, further third and / or further fourth excitation means and / or first, second, third, fourth, further first, further second, further third and / or further fourth detection elements each comprise comb electrodes. Particularly advantageously, the respective further excitation means with the corresponding respective further detection elements are in each case designed as a common comb structure, wherein first comb electrodes of the common comb structure as excitation electrodes and second comb electrodes of the common comb structure as detection element electrodes are embodied by a corresponding interconnection. The first and / or second Coriolis element preferably has further comb electrodes, which engage in the comb structure and act as counterelectrodes with respect to the excitation electrodes and / or the detection element electrode.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste und das zweite Coriolis-Element über ein Koppelelement miteinander verbunden sind, und/oder dass das erste und/oder das zweite Coriolis-Element über weitere Koppelelemente mit dem Substrat verbunden sind. Vorteilhafterweise ermöglichen die weiteren Koppelelemente eine schwingfähige Lagerung des ersten und/oder zweiten Coriolis-Elements gegenüber dem Substrat, wobei vorzugsweise die Ausbildung der weiteren Koppelelemente eine Einstellung der Resonanzfrequenz des ersten und/oder des zweiten Coriolis-Elements ermöglicht. Das Koppelelement ermöglicht insbesondere die Einstellung spezieller Schwingungsmoden zwischen dem ersten und dem zweiten Coriolis-Element.According to a preferred embodiment, it is provided that the first and the second Coriolis element are connected to one another via a coupling element, and / or that the first and / or the second Coriolis element are connected to the substrate via further coupling elements. Advantageously, the further coupling elements allow a vibratory mounting of the first and / or second Coriolis element relative to the substrate, wherein preferably the formation of the further coupling elements allows adjustment of the resonant frequency of the first and / or the second Coriolis element. In particular, the coupling element makes it possible to set specific vibration modes between the first and the second Coriolis element.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors, wobei eine auf das erste Coriolis-Element zur ersten Auslenkung parallel wirkende Levitationskraft zumindest teilweise durch die Steuerung der Kompensationselektrode kompensiert wird, so dass in besonders vorteilhafter Weise der Levitationsfehler minimiert wird.The present invention is a method for operating a rotation rate sensor, wherein a levitation force acting in parallel on the first Coriolis element for the first deflection is at least partially compensated by the control of the compensation electrode, so that the levitation error is minimized in a particularly advantageous manner.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das die Kompensationselektrode mit einer Frequenz gesteuert wird, welche im Wesentlichen einer Anregungsfrequenz, d. h. der ersten Frequenz, wenigstens einem der ersten, zweiten, dritten, vierten, weiteren ersten, weiteren zweiten, weiteren dritten und/oder weiteren vierten Anregungsmittel entspricht und/oder dass die Kompensationselektrode mit einem Anregungssignal der ersten, zweiten, dritten, vierten, weiteren ersten, weiteren zweiten, weiteren dritten und/oder weiteren vierten Anregungsmittel gesteuert wird. Besonders vorteilhaft wird somit die Kompensation der Levitationskraft in gleicher Phase mit der auftretenden Levitationskraft durchgeführt. Eine geeignete Ausbildung der Kompensationselektrode erlaubt die Ansteuerung der Kompensationselektrode allein durch das entsprechende Anregungssignal, wodurch die Levitationskompensation in vergleichsweise einfacher und kostengünstig herstellbarer Weise realisierbar wird.According to a preferred embodiment, it is provided that the compensation electrode is controlled with a frequency which essentially corresponds to an excitation frequency, ie. H. the first frequency, at least one of the first, second, third, fourth, further first, further second, further third and / or further fourth excitation means corresponds and / or that the compensation electrode with an excitation signal of the first, second, third, fourth, further first , further second, further third and / or further fourth excitation means is controlled. The compensation of the levitation force in the same phase with the levitation force occurring is thus particularly advantageously carried out. A suitable design of the compensation electrode allows the control of the compensation electrode alone by the corresponding excitation signal, whereby the levitation compensation is realized in a comparatively simple and inexpensive to produce way.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem ersten Takt auf das erste Coriolis-Element von dem ersten Anregungsmittel eine Kraft ausgeübt wird, während in einem nachfolgendem zweiten Takt auf das erste Coriolis-Element von dem zweiten Anregungsmittel eine Kraft ausgeübt wird, so dass in vorteilhafter Weise die Levitationskraftwirkung auf das erste Coriolis-Element mit einer im wesentlichen doppelten ersten Frequenz gegenüber der zweiten Frequenz der Corioliskraftwirkung erfolgt. Der Levitationskraftfehler wird somit vergleichsweise stark unterdrückt, da insbesondere die Resonanzfrequenz des ersten Coriolis-Elements auf die zweite Frequenz abgestimmt ist und/oder die Auswertung des ersten Detektionssignals mittels einer Demodulationsfrequenz im Wesentlichen gleich der zweiten Frequenz erfolgt.According to a preferred embodiment it is provided that in a first cycle on the a first Coriolis element is exerted by the first excitation means a force, while in a subsequent second cycle on the first Coriolis element of the second excitation means, a force is applied, so that advantageously the Levitätskraftwirkung on the first Coriolis element with a in the substantially double the first frequency with respect to the second frequency of the Coriolis force effect. The Levitationskraftfehler is thus relatively strongly suppressed because in particular the resonance frequency of the first Coriolis element is tuned to the second frequency and / or the evaluation of the first detection signal by means of a demodulation frequency substantially equal to the second frequency.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im ersten Takt auf das zweite Coriolis-Element von dem vierten Anregungsmittel eine Kraft ausgeübt wird, während im zweiten Takt auf das zweite Coriolis-Element von dem dritten Anregungsmittel eine Kraft ausgeübt wird. Besonders vorteilhaft wird somit der Levitationsfehler deutlich reduziert, da der Levitationsfehler im ersten und im zweiten Detektionssignal im Wesentlichen gleich groß ist und sich daher bei einer differenziellen Auswertung des ersten und des zweiten Detektionssignals selbst kompensiert.According to a preferred embodiment, it is provided that in the first cycle, a force is exerted on the second Coriolis element by the fourth excitation means, while in the second cycle a force is exerted on the second Coriolis element by the third excitation means. Particularly advantageously, the levitation error is thus significantly reduced, since the levitation error in the first and in the second detection signal is essentially the same and therefore compensates itself for a differential evaluation of the first and the second detection signal.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste Coriolis-Element mittels des ersten und/oder des zweiten Anregungsmittels derart zur ersten Schwingung angeregt wird, dass eine erste Frequenz einer ersten Levitationsschwingung des ersten Coriolis-Elements parallel zur zweiten Achse im Wesentlichen doppelt so groß wie die zweite Frequenz der ersten Schwingung ist. Dies ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise eine Ausbildung des Drehratensensors und/oder ein Ausleseverfahren des Drehratensensors, wobei die erste Frequenz gegenüber der zweiten Frequenz vergleichsweise stark unterdrückt wird und somit auch der Levitationsfehler deutlich reduziert wird. Dies ermöglicht eine deutlich präzisere Messung der Drehrate.According to the invention, it is provided that the first Coriolis element is excited to the first oscillation by means of the first and / or the second excitation means such that a first frequency of a first levitation oscillation of the first Coriolis element is substantially twice as large as the second axis parallel to the second axis Frequency of the first oscillation is. This makes it possible in a particularly advantageous manner to form the rotation rate sensor and / or a readout method of the yaw rate sensor, wherein the first frequency is relatively strongly suppressed compared to the second frequency and thus the levitation error is also significantly reduced. This allows a much more precise measurement of the rotation rate.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zweite Coriolis-Element mittels des dritten und/oder des vierten Anregungsmittels derart zur zweiten Schwingung angeregt wird, dass eine dritte Frequenz einer zweiten Levitationsschwingung des zweiten Coriolis-Elements parallel zur zweiten Achse im Wesentlichen doppelt so groß wie die Frequenz der vierten Schwingung ist, so dass eine differenzielle Auswertung des ersten und des zweiten Detektionssignals zur Kompensation der Levitationsfehler realisierbar ist. Insbesondere ist die erste Frequenz gleich der dritten Frequenz und die zweite Frequenz gleich der vierten Frequenz.According to a preferred embodiment, it is provided that the second Coriolis element is excited to the second oscillation by means of the third and / or fourth excitation means in such a way that a third frequency of a second levitation oscillation of the second Coriolis element is substantially twice as large parallel to the second axis how the frequency of the fourth oscillation is, so that a differential evaluation of the first and the second detection signal for compensating the levitation errors can be realized. In particular, the first frequency is equal to the third frequency and the second frequency is equal to the fourth frequency.

Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiment of the present invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigenShow it

1 eine schematische Aufsicht und eine schematische Seitenansicht eines Drehratensensors gemäß dem Stand der Technik, 1 a schematic plan view and a schematic side view of a rotation rate sensor according to the prior art,

2 schematische Seitenansichten eines Drehratensensors gemäß dem Stand der Technik, 2 schematic side views of a rotation rate sensor according to the prior art,

3 weitere schematische Seitenansichten eines Drehratensensors gemäß dem Stand der Technik, 3 Further schematic side views of a rotation rate sensor according to the prior art,

4 eine schematische Aufsicht eines Drehratensensors gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 4 FIG. 2 is a schematic plan view of a rotation rate sensor according to a first exemplary embodiment of the present invention; FIG.

5 eine schematische Aufsicht eines Drehratensensors gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 5 FIG. 2 is a schematic plan view of a rotation rate sensor according to a second exemplary embodiment of the present invention; FIG.

6 schematische Seitenansichten eines Drehratensensors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 6 schematic side views of a rotation rate sensor according to the first exemplary embodiment of the present invention,

7 eine graphische Darstellung von Zeitsignalen einer Antriebsbewegung und einer Levitationsbewegung eines Drehratensensors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 7 FIG. 4 is a graph showing timing signals of drive motion and levitation movement of a rotation rate sensor according to the first exemplary embodiment of the present invention; and FIG

8 eine graphische Darstellung der frequenzabhängigen Dämpfung einer Antriebsbewegung und einer Levitationsbewegung eines Drehratensensors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8th a graphical representation of the frequency-dependent attenuation of a drive movement and a levitation movement of a rotation rate sensor according to the first exemplary embodiment of the present invention.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal genannt.In the various figures, the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually called only once in each case.

In 1 ist eine schematische Aufsicht und unterhalb der schematischen Aufsicht eine schematische Seitenansicht eines Drehratensensors 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wobei der Drehratensensor 1 ein eine Haupterstreckungsebene 100 aufweisendes Substrat 2, ein erstes Coriolis-Element 3 und ein zweites Coriolis-Element 23 aufweist, wobei das zweite Coriolis-Element 23 parallel zur Haupterstreckungsebene 100 neben dem ersten Coriolis-Element (3) angeordnet ist. Das erste Coriolis-Element 3 wird mittels eines ersten Anregungsmittels 4 zu einer ersten Schwingung 5 parallel zu einer ersten Achse X in der Haupterstreckungsebene 100 angeregt, während ein drittes Anregungsmittel 24 das zweite Coriolis-Element 23 zu einer zweiten Schwingung 25 parallel zur ersten Achse X anregt. Die erste und die zweite Schwingung 5, 25 schwingen gegenphasig zueinander, d. h. dass sie sich antiparallel zueinander bewegen. Eine erste Auslenkung des ersten Coriolis-Elements 3 in einer im Wesentlichen zur Haupterstreckungsebene 100 senkrechten zweiten Achse Z aufgrund einer auf das erste Coriolis-Element 3 wirkenden Corioliskraft wird mittels erster Detektionsmittel 6 nachgewiesen, während eine zweite Auslenkung des zweiten Coriolis-Elements 23 in einer im Wesentlichen zur Haupterstreckungsebene 100 senkrechten zweiten Achse Z aufgrund einer auf das zweite Coriolis-Element 3 wirkenden Corioliskraft mittels zweiter Detektionsmittel 26 nachgewiesen wird. Die Corioliskraft auf das erste und/oder zweite Coriolis-Element 3, 23 wirkt im Falle einer Drehrate des Drehratensensors 1, welche im Wesentlichen parallel zur einer dritten Achse Y verläuft, welche in der Haupterstreckungsebene 100 und senkrecht zur ersten und zweiten Achse X, Z angeordnet ist. Aufgrund der antiparallelen Schwingung 5, 25 des ersten und zweiten Coriolis-Elements 3, 23 bewirken die Corioliskräfte bezüglich der zweiten Achse Z eine zueinander antiparallele erste und zweite Auslenkung. Die Differenz eines ersten Detektionssignals des ersten Detektionsmittels 6 und eines zweiten Detektionssignals des zweiten Detektionsmittels 26 ist insbesondere abhängig von den Corioliskräften und somit auch abhängig von Drehrate. Da die Corioliskräfte ebenfalls von den Geschwindigkeiten des ersten und zweiten Coriolis-Elements 3, 23 in der ersten und zweiten Schwingung 5, 25 sind, wird die erste Schwingung 5 mittels eines ersten Detektionselements 40 und die zweite Schwingung 25 mittels eines dritten Detektionselements 42 vermessen. Das erste und zweite Coriolis-Element 3, 23 sind durch Koppelelemente 44 miteinander und jeweils durch weitere Koppelelementen 45 mit dem Substrat 2 verbunden. Die Koppelelemente 44, 45 umfassen vorzugsweise Federelemente. Die ersten und dritten Anregungsmittel, sowie die erste und dritten Detektionselemente 40, 42 umfassen Kammelektroden und basieren wie die ersten und zweiten Detektionsmittel 6, 26 insbesondere auf einer elektrostatischen Funktionsweise.In 1 is a schematic plan view and below the schematic plan view of a schematic side view of a rotation rate sensor 1 illustrated in the prior art, wherein the rotation rate sensor 1 a main extension plane 100 having substrate 2 , a first Coriolis element 3 and a second Coriolis element 23 wherein the second Coriolis element 23 parallel to the main extension plane 100 next to the first Coriolis element ( 3 ) is arranged. The first Coriolis element 3 is by means of a first excitation means 4 to a first vibration 5 parallel to a first axis X in the main plane of extension 100 stimulated while a third stimulant 24 the second Coriolis element 23 to a second vibration 25 excites parallel to the first axis X. The first and the second vibration 5 . 25 swing against each other in opposite directions, ie that they move antiparallel to each other. A first deflection of the first Coriolis element 3 in a direction substantially to the main extension plane 100 vertical second axis Z due to a on the first Coriolis element 3 acting Coriolis force is by means of first detection means 6 detected during a second deflection of the second Coriolis element 23 in a direction substantially to the main extension plane 100 perpendicular second axis Z due to a on the second Coriolis element 3 acting Coriolis force by means of second detection means 26 is detected. The Coriolis force on the first and / or second Coriolis element 3 . 23 acts in the case of a rate of rotation of the rotation rate sensor 1 , which is substantially parallel to a third axis Y, which in the main plane of extension 100 and perpendicular to the first and second axes X, Z is arranged. Due to the antiparallel oscillation 5 . 25 the first and second Coriolis element 3 . 23 cause the Coriolis forces with respect to the second axis Z a mutually antiparallel first and second deflection. The difference of a first detection signal of the first detection means 6 and a second detection signal of the second detection means 26 depends in particular on the Coriolis forces and thus also on the rate of rotation. As the Coriolis forces also depend on the velocities of the first and second Coriolis elements 3 . 23 in the first and second vibration 5 . 25 are, the first vibration 5 by means of a first detection element 40 and the second vibration 25 by means of a third detection element 42 measured. The first and second Coriolis element 3 . 23 are by coupling elements 44 each other and each other by further coupling elements 45 with the substrate 2 connected. The coupling elements 44 . 45 preferably comprise spring elements. The first and third excitation means, as well as the first and third detection elements 40 . 42 include comb electrodes and are based as the first and second detection means 6 . 26 in particular on an electrostatic operation.

In 2 sind schematische Seitenansichten eines Drehratensensors 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wobei der Drehratensensor 1 identisch zu dem Drehratensensor aus der 1 ist und wobei die Seitenansichten schematisch die erste und die zweite Schwingung, sowie eine erste und eine zweite Levitationsauslenkung des ersten und des zweiten Coriolis-Elements anhand zweier Momentaufnahmen zweier aufeinanderfolgender Takte illustrieren, wobei der Drehratensensor keine Drehrate aufweist und somit keine Corioliskräfte auf die Coriolis-Elemente 3, 23 wirken. In der oberen den ersten Takt darstellenden Darstellung bewegt 204 sich das erste Coriolis-Element 3 in Richtung des zweiten Coriolis-Elements 23, während sich das zweite Coriolis-Element 23 aufgrund einer Kraftwirkung durch das dritte Anregungsmittel 24 in Richtung des ersten Coriolis-Elements 3 bewegt 205. Das dritte Anregungsmittel 24 wird zum Antrieb des zweiten Coriolis-Elements mit einer dritten Antriebsspannung 208 versorgt. Die Anregung des zweiten Coriolis-Elements 23 durch das dritte Anregungsmittel 24 bewirkt nicht nur eine Kraftwirkung auf das zweite Coriolis-Element 23 parallel zur ersten Achse X, sondern auch eine Kraftwirkung auf das zweite Coriolis-Element 23 parallel zur zweiten Achse Z, so dass sich das zweite Coriolis-Element 23 gegenüber dem Substrat 2 hebt. Diese Kraftwirkung parallel zur zweiten Achse Z resultiert aus der Asymmetrie der Elektrodenanordnung der Anregungsmittel, da das Substrat 2 lediglich unterhalb der Coriolis-Elemente 3, 23 angeordnet ist. Das erste Coriolis-Element 3 wurde in einem vorhergehenden Takt durch das erste Anregungsmittel 4 angehoben, so dass es sich in diesem ersten Takt in welchem keine Antriebwirkung auf das erste Coriolis-Element 3 durch das erste Anregungsmittel 4 erfolgt parallel zur zweiten Achse Z senkt. Im zweiten Takt wird durch das erste Anregungsmittel 4 eine Kraftwirkung auf das erste Coriolis-Element 3 aufgrund einer ersten Antriebsspannung 209 bewirkt, wodurch sich nun das erste Coriolis-Element 3 parallel zur zweiten Achse Z hebt. Aufgrund der fehlenden dritten Antriebsspannung am dritten Anregungsmittel 21 senkt sich das zweite Coriolis-Element 23 in diesem zweiten Takt. Dieses Anheben des jeweiligen Coriolis-Elements 3, 23 aufgrund der Antriebswirkung des jeweiligen Anregungsmittels 4, 24 wird im Folgenden beim ersten Coriolis-Element 3 erste Levitationsauslenkung 202 und beim zweiten Coriolis-Element 23 zweite Levitationsauslenkung 201 genannt. Die erste Levitationsauslenkung 202 ist der ersten Auslenkung und die zweite Levitationsauslenkung 201 der zweiten Auslenkung überlagert, so dass auch die erste und zweite Levitationsauslenkung 202, 201 vom ersten und zweitem Detektionsmittel 6, 26 detektiert werden.In 2 are schematic side views of a rotation rate sensor 1 illustrated in the prior art, wherein the rotation rate sensor 1 identical to the rotation rate sensor from the 1 and wherein the side views schematically illustrate the first and the second oscillation, as well as a first and a second levitation deflection of the first and the second Coriolis element based on two snapshots of two successive clocks, wherein the rotation rate sensor has no rotation rate and thus no Coriolis forces on the Coriolis elements 3 . 23 Act. Moved in the upper representation representing the first bar 204 itself the first Coriolis element 3 in the direction of the second Coriolis element 23 while getting the second Coriolis element 23 due to a force effect by the third excitation means 24 towards the first Coriolis element 3 emotional 205 , The third stimulant 24 becomes the drive of the second Coriolis element with a third drive voltage 208 provided. The excitation of the second Coriolis element 23 by the third excitation means 24 not only causes a force on the second Coriolis element 23 parallel to the first axis X, but also a force on the second Coriolis element 23 parallel to the second axis Z, so that the second Coriolis element 23 opposite the substrate 2 lifts. This force action parallel to the second axis Z results from the asymmetry of the electrode arrangement of the excitation means, since the substrate 2 just below the Coriolis elements 3 . 23 is arranged. The first Coriolis element 3 was in a previous cycle by the first excitation means 4 raised, so that in this first cycle in which no drive effect on the first Coriolis element 3 by the first excitation means 4 takes place parallel to the second axis Z lowers. In the second clock is by the first excitation means 4 a force acting on the first Coriolis element 3 due to a first drive voltage 209 which now causes the first Coriolis element 3 lifts parallel to the second axis Z. Due to the lack of third drive voltage at the third excitation means 21 The second Coriolis element lowers 23 in this second bar. This lifting of the respective Coriolis element 3 . 23 due to the drive effect of the respective excitation means 4 . 24 is hereafter the first Coriolis element 3 first levitation deflection 202 and the second Coriolis element 23 second levitation deflection 201 called. The first levitation deflection 202 is the first deflection and the second levitation deflection 201 superimposed on the second deflection, so that also the first and second levitation deflection 202 . 201 from the first and second detection means 6 . 26 be detected.

In 3 sind weitere schematische Seitenansichten eines Drehratensensors 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wobei der Drehratensensor identisch zu dem Drehratensensor der 1 und 2 ist, und wobei die weiteren Seitenansichten weitere Momentaufnahmen des ersten und des zweiten Taktes gemäß der 2 darstellen. Die Pfeile 301 und 303 zeigen den Bewegungsverlauf des erste Coriolis-Elements 3 im ersten und im zweiten Takt, während die Pfeile 302 und 304 den Bewegungsverlauf des zweiten Coriolis-Element 23 im ersten und zweiten Takt zeigen, wobei die Pfeile 301 und 303 eine Überlagerung der ersten Schwingung 5 und der ersten Levitationsauslenkungsbewegung 202 und wobei die Pfeile 302 und 304 eine Überlagerung der zweiten Schwingung 25 mit der zweiten Levitationsauslenkungsbewegung 201 umfassen.In 3 are further schematic side views of a rotation rate sensor 1 illustrated in the prior art, wherein the rotation rate sensor identical to the rotation rate sensor of 1 and 2 is and the further side views further snapshots of the first and second clock according to the 2 represent. The arrows 301 and 303 show the course of movement of the first Coriolis element 3 in the first and in the second bar, while the arrows 302 and 304 the course of movement of the second Coriolis element 23 in the first and second bars show, with the arrows 301 and 303 a superposition of the first vibration 5 and the first levitation displacement movement 202 and the arrows 302 and 304 a superposition of the second vibration 25 with the second levitation deflection movement 201 include.

In 4 ist eine schematische Aufsicht eines Drehratensensors 1 gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Drehratensensor 1 weist ein eine Haupterstreckungsebene 100 aufweisendes Substrat 2 und ein erstes Coriolis-Element 3 auf, wobei das erste Coriolis-Element 3 mittels erster Anregungsmittel 4 zu einer ersten Schwingung 5 parallel zu einer ersten Achse X in der Haupterstreckungsebene 100 anregbar vorgesehen ist. Eine erste Auslenkung des ersten Coriolis-Elements 3 aufgrund einer Corioliskraft in einer im Wesentlichen zur Haupterstreckungsebene 100 senkrechten zweiten Achse Z ist mittels erster Detektionsmittel 6 nachweisbar, wobei der Drehratensensor 1 ferner eine Kompensationselektrode 7 aufweist, welche zur zumindest teilweisen Kompensation einer auf das erste Coriolis-Element 3 zur ersten Auslenkung parallel wirkenden Levitationskraft vorgesehen ist. Weitere Koppelelemente 45, insbesondere Federelemente, lagern das erste Coriolis-Element 3 schwingfähig gegenüber dem Substrat 2. Ferner wird die erste Schwingung 5 mittels erster Detektionselemente 40 vermessen. Die Kompensationselektrode 7 ist derart ausgeformt und/oder mit dem Coriolis-Element in einer Richtung parallel zur zweiten Achse Z derart überlappend, dass die erste Levitationsauslenkung 202, illustriert in den 2 und 3, durch eine elektrostatische Kraftwirkung der Kompensationselektrode 7 zumindest teilweise verhindert wird. Die Kompensationselektrode ist vorzugsweise mit den ersten Anregungsmittel 4 und insbesondere mit den ersten Antriebselektroden der ersten Anregungsmittel 4 elektrisch leitfähig verbunden. Alternativ ist es vorgesehen, dass die Kompensationselektrode 7 durch eine der Elektroden der ersten Detektionsmittel 6 gebildet wird.In 4 is a schematic plan view of a rotation rate sensor 1 according to an exemplary first embodiment of the present invention. The rotation rate sensor 1 has a main extension plane 100 having substrate 2 and a first Coriolis element 3 on, with the first Coriolis element 3 by means of first excitation means 4 to a first vibration 5 parallel to a first axis X in the main plane of extension 100 is provided excitable. A first deflection of the first Coriolis element 3 due to a Coriolis force in a direction substantially to the main extension plane 100 vertical second axis Z is by means of first detection means 6 detectable, wherein the rotation rate sensor 1 a compensation electrode 7 which, for at least partial compensation of a on the first Coriolis element 3 is provided for the first deflection parallel acting levitation force. Further coupling elements 45 , in particular spring elements, store the first Coriolis element 3 oscillatory with respect to the substrate 2 , Further, the first vibration 5 by means of first detection elements 40 measured. The compensation electrode 7 is formed and / or overlapped with the Coriolis element in a direction parallel to the second axis Z such that the first levitation deflection 202 , illustrated in the 2 and 3 , by an electrostatic force effect of the compensation electrode 7 is at least partially prevented. The compensation electrode is preferably with the first excitation means 4 and in particular with the first drive electrodes of the first excitation means 4 connected electrically conductive. Alternatively, it is provided that the compensation electrode 7 by one of the electrodes of the first detection means 6 is formed.

In 5 ist eine schematische Aufsicht eines Drehratensensors gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der Drehratensensor 1 im Wesentlichen dem Drehratensensor illustriert in 1 gleicht, wobei das erste Coriolis-Element 3 sowohl mittels des ersten Anregungsmittels 4, als auch mittels eines zweiten Anregungsmittels 4' zur ersten Schwingung 5 anregbar vorgesehen ist, wobei das erste Anregungsmittel 4 an einer ersten Seite 10 des ersten Coriolis-Elements 3 angeordnet ist und wobei das zweite Anregungsmittel 4' an einer der erste Seite 10 in Richtung der ersten Achse X gegenüberliegenden zweiten Seite 11 des ersten Coriolis-Elements 3 angeordnet ist. Ferner weist der Drehratensensor zur Anregung des zweiten Coriolis-Elements 23 das dritte und zusätzlich ein viertes Anregungsmittel 24, 24' auf, wobei das dritte Anregungsmittel 24 auf einer dritten Seite 12 des zweiten Coriolis-Elements 23 und das vierte Anregungsmittel 24' an einer der dritten Seite 12 in Richtung der ersten Achse X gegenüberliegenden vierten Seite 13 des zweiten Coriolis-Elements 23 angeordnet ist. Im Bereich der ersten und zweiten Anregungsmittel 4, 4' sind erste und zweite Detektionselemente 40, 41 zur Detektion der ersten Schwingung 5 angeordnet, während im Bereich der dritten und vierten Anregungsmittel 24, 24' dritte und vierte Detektionselement 42, 43 zur Detektion der zweiten Schwingung 25 angeordnet sind. Die ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Anregungsmittel 4, 4', 24, 24' sind parallel zur dritten Achse Y in weitere erste, weitere zweite, weitere dritte und weitere vierte Anregungsmittel unterteilt, so dass zwischen den weiteren zweiten und den weiteren dritten Elektroden jeweils das Kopplungselement 44 verläuft. Ferner sind die ersten, zweiten, dritten und vierten Detektionselemente 40, 41, 42, 43 jeweils in weitere erste, weitere zweite, weitere dritte und weitere vierte Detektionselemente unterteilt. Die ersten, zweiten, dritten, vierten, weiteren ersten, weiteren zweiten, weiteren dritten und weiteren vierten Anregungsmittel 4, 4', 24, 24' und die ersten, zweiten, dritten, vierten, weiteren ersten, weiteren zweiten, weiteren dritten und weiteren vierten Detektionselemente 40, 41, 42, 43 sind jeweils als Kammstrukturen ausgebildet, dessen Funktionsweise wie die des ersten und zweiten Detektionsmittels 6, 26 insbesondere auf einer elektrostatischen bzw. kapazitiven Kraftwirkung basieren. Das erste und das zweite Coriolis-Element 3, 23 weisen an der ersten, zweiten, dritten und vierten Seite Gegenelektroden zum Eingriff in die jeweiligen Kammstrukturen.In 5 1 is a schematic plan view of a rotation rate sensor according to an exemplary second embodiment of the present invention, wherein the rotation rate sensor 1 essentially the yaw rate sensor illustrated in FIG 1 is similar, with the first Coriolis element 3 both by means of the first excitation means 4 , as well as by means of a second excitation means 4 ' to the first vibration 5 is provided excitable, wherein the first excitation means 4 on a first page 10 of the first Coriolis element 3 is arranged and wherein the second excitation means 4 ' on one of the first page 10 in the direction of the first axis X opposite second side 11 of the first Coriolis element 3 is arranged. Furthermore, the rotation rate sensor for excitation of the second Coriolis element 23 the third and additionally a fourth excitation means 24 . 24 ' on, wherein the third excitation means 24 on a third page 12 of the second Coriolis element 23 and the fourth stimulant 24 ' on one of the third page 12 in the direction of the first axis X opposite fourth side 13 of the second Coriolis element 23 is arranged. In the area of the first and second excitation means 4 . 4 ' are first and second detection elements 40 . 41 to detect the first vibration 5 arranged while in the range of the third and fourth excitation means 24 . 24 ' third and fourth detection element 42 . 43 for detecting the second vibration 25 are arranged. The first, second, third and / or fourth excitation means 4 . 4 ' . 24 . 24 ' are divided parallel to the third axis Y into further first, further second, further third and further fourth excitation means, so that in each case the coupling element between the further second and the further third electrodes 44 runs. Further, the first, second, third and fourth detection elements 40 . 41 . 42 . 43 each divided into further first, further second, further third and further fourth detection elements. The first, second, third, fourth, further first, further second, further third and further fourth excitation means 4 . 4 ' . 24 . 24 ' and the first, second, third, fourth, further first, further second, further third and further fourth detection elements 40 . 41 . 42 . 43 are each formed as comb structures, whose operation as that of the first and second detection means 6 . 26 in particular based on an electrostatic or capacitive force effect. The first and the second Coriolis element 3 . 23 have at the first, second, third and fourth side counter electrodes for engaging in the respective comb structures.

In 6 sind schematische Seitenansichten eines Drehratensensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Seitenansichten gemäß der 3 anhand der Pfeile 601, 602, 603, 604 die Bewegungsverläufe des ersten und des zweiten Coriolis-Elements 3, 23 im ersten und im zweiten Takt illustrieren. Im ersten Takt wird im Gegensatz zur Darstellung der 2 sowohl das zweite Anregungsmittel 4', als auch das dritte Anregungsmittel 24 jeweils mit einer ersten und einer zweiten Antriebsspannung 605, 606 angetrieben, so dass im ersten Takt das erste Coriolis-Element 3, als auch das zweite Coriolis-Element 23 gleichzeitig angetrieben werden. Im darunter abgebildeten zweiten Takt werden ebenfalls beide Coriolis-Elemente gleichzeitig angetrieben, wobei das erste Anregungsmittel 4 mittels einer ersten Antriebsspannung 607 das erste Coriolis-Element 3 zur ersten Schwingung 5 und das vierte Anregungsmittel 24' mittels einer vierten Antriebsspannung 608 das zweite Coriolis-Element 23 zur zweiten Schwingung 25 anregt. Eine zweite Frequenz der ersten und der zweiten Schwingung 5, 25 bleibt dabei im Vergleich zur 2 unverändert, während sich eine erste Frequenz der auf das erste und das zweite Coriolis-Element 3, 23 wirkenden Levitationskraft verdoppelt und insbesondere im Wesentlichen doppelt so groß ist wie die zweie Frequenz. Weiterhin wirkt die Levitationskraft nun in jedem Takt sowohl auf das erste, als auch auf das zweite Coriolis-Element 3, 23, so, dass bei der Differenzbildung des ersten Detektionssignals mit dem zweiten Detektionssignal sich der Levitationsfehler der ersten Levitationsauslenkung mit dem Levitationsfehler der zweiten Levitationsauslenkung im Wesentlichen kompensiert.In 6 are schematic side views of a rotation rate sensor according to the first embodiment of the present invention, wherein the side views according to the 3 using the arrows 601 . 602 . 603 . 604 the movement patterns of the first and second Coriolis element 3 . 23 to illustrate in the first and in the second bar. In the first measure, in contrast to the representation of the 2 both the second excitation agent 4 ' , as well as the third stimulant 24 each with a first and a second drive voltage 605 . 606 driven so that in the first cycle the first Coriolis element 3 , as well as the second Coriolis element 23 be driven simultaneously. In the second clock shown below, both Coriolis elements are also driven simultaneously, wherein the first excitation means 4 by means of a first drive voltage 607 the first Coriolis element 3 to the first vibration 5 and the fourth stimulant 24 ' by means of a fourth drive voltage 608 the second Coriolis element 23 to the second vibration 25 stimulates. A second frequency of the first and the second oscillation 5 . 25 remains in comparison to 2 unchanged, while a first frequency of the first and second Coriolis element 3 . 23 acting levitation power is doubled and in particular substantially twice as large as the two frequency. Furthermore, the levitation force now affects both the first and the second Coriolis element in each cycle 3 . 23 in that, when the first detection signal is differentiated with the second detection signal, the levitation error of the first levitation displacement substantially compensates with the levitation error of the second levitation displacement.

In 7 ist eine graphische Darstellung von Zeitsignalen einer Antriebsbewegung und einer Levitationsbewegung eines Drehratensensors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei auf der Ordinate 703 eine Amplitudenskala und auf der Abszisse 702 eine Zeitskala aufgetragen ist. Die Amplitude der ersten und der zweiten Schwingung 5, 25 in Abhängigkeit der Zeit wird durch die erste Kurve 705 dargestellt, während die zweite Kurve 706 die Amplitude der ersten und der zweiten Levitationsauslenkung in Abhängigkeit der Zeit darstellt. Eine zweite Wellenlänge 701 der ersten Kurve 705 ist im Wesentlichen doppelt so groß wie eine erste Wellenlänge 702 der zweiten Kurve 706. Daraus resultiert, dass die zur ersten Wellenlänge äquivalente erste Frequenz im Wesentlichen doppelt so groß ist wie die zur zweiten Wellenlänge äquivalente zweite Frequenz.In 7 3 is a graph of timing signals of drive motion and levitating motion of a yaw rate sensor according to the first exemplary embodiment of the present invention, with the ordinate shown 703 an amplitude scale and on the abscissa 702 a time scale is plotted. The amplitude of the first and the second oscillation 5 . 25 depending on the time is through the first curve 705 shown while the second curve 706 represents the amplitude of the first and the second levitation deflection as a function of time. A second wavelength 701 the first turn 705 is essentially twice the size of a first wavelength 702 the second turn 706 , As a result, the first frequency equivalent to the first wavelength is substantially twice as large as the second frequency equivalent to the second wavelength.

In 8 ist eine graphische Darstellung der frequenzabhängigen Dämpfung einer Antriebsbewegung und einer Levitationsbewegung eines Drehratensensors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei auf der Ordinate 803 die Dämpfung und auf der Abszisse 804 die Frequenz aufgetragen ist. Das Diagramm zeigt eine Kurve mit einem Maximum 801, welches der zweiten Frequenz und insbesondere der Resonanzfrequenz des ersten und des zweiten Coriolis-Elements 3, 23 bezüglich der ersten und der zweiten Schwingung 5, 25 entspricht. Ferner ist die Kurve im Bereich 802 der ersten Frequenz markiert, wobei die erste Frequenz im Wesentlichen doppelt so groß wie die zweite Frequenz ist und wobei die Kurve im Bereich 802 der ersten Frequenz im Vergleich zum Maximum 801 sehr stark gedämpft ist.In 8th FIG. 4 is a graph of the frequency dependent damping of drive motion and levitation motion of a yaw rate sensor according to the first exemplary embodiment of the present invention, wherein the ordinate represents. FIG 803 the damping and on the abscissa 804 the frequency is plotted. The diagram shows a curve with a maximum 801 , which is the second frequency and in particular the resonance frequency of the first and the second Coriolis element 3 . 23 with respect to the first and second vibrations 5 . 25 equivalent. Furthermore, the curve is in the range 802 the first frequency is marked, wherein the first frequency is substantially twice as large as the second frequency and wherein the curve in the range 802 the first frequency compared to the maximum 801 is very much damped.

Claims

Method for operating a rotation rate sensor ( 1 ) with a main extension plane ( 100 ) having substrate ( 2 ) and a first Coriolis element ( 3 ), wherein the first Coriolis element ( 3 ) by means of first excitation means ( 4 ) to a first oscillation ( 5 ) is stimulable parallel to a first axis (X) and wherein a first deflection of the first Coriolis element ( 3 ) due to a Coriolis force in a substantially perpendicular to the first axis (X) second axis (Z) by means of first detection means ( 6 ) is provided detectable, wherein the rotation rate sensor ( 1 ) at least one compensation electrode ( 7 ) for at least partially compensating for a first Coriolis element ( 3 ) is provided for the first deflection parallel acting levitation force, characterized in that the first Coriolis element ( 3 ) by means of the first and / or a second excitation means ( 4 . 4 ' ) so to the first vibration ( 5 ) is suggested that a first frequency ( 802 ) a first levitation vibration of the first Coriolis element ( 3 ) parallel to the second axis (Z) substantially twice as large as a second frequency ( 801 ) of the first vibration ( 5 ).

A method according to claim 1, characterized in that the rotation rate sensor ( 1 ) a second Coriolis element ( 23 ), which by means of a third and / or a fourth excitation means ( 24 . 24 ' ) so to a second vibration ( 25 ) it is suggested that a third frequency of a second levitation vibration of the second Coriolis element ( 23 ) parallel to the second axis (Z) substantially twice as large as a fourth frequency of the second oscillation ( 25 ).